DE102006049616B4 - Arrangement of an aerodynamic component with a slotted rear or side edge in a flow - Google Patents
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Abstract
Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung, wobei das Bauteil eine in einer Überströmungsrichtung turbulent überströmte Kante aufweist, an der zwei Hauptflächen des Bauteils aneinander stoßen und die Strömung teilen oder zwei getrennte Teilströme zu der Strömung zusammenführen, wobei das Bauteil im Bereich der Kante mit Schlitzen versehen ist, die in der Überströmungsrichtung der Kante parallel zueinander ausgerichtet sind, und wobei eine Schlitzlänge der Schlitze zwischen 1 und 10 cm beträgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitze (3) von der einen Hauptfläche (4) bis auf die andere Hauptfläche (5) mit in der Überströmungsrichtung (U) und über der jeweiligen Schlitzhöhe des Schlitzes (3) zwischen den beiden Hauptflächen (4, 5) konstanter Schlitzweite (s) zwischen 0,05 mm und 0,5 mm durchlaufen und dass ein Schlitzabstand (a) der Schlitze (3) untereinander nicht größer als das 10-fache der Schlitzweite (s) der Schlitze (3) ist.Arrangement of an aerodynamic component in a flow, wherein the component has a turbulent overflowed in an overflow edge on which two major surfaces of the component abut each other and divide the flow or merge two separate partial flows to the flow, wherein the component in the region of the edge with slots having a slot length of the slots between 1 and 10 cm, characterized in that the slots (3) extend from the one main face (4) to the other main face (5 th) ) with in the overflow direction (U) and above the respective slot height of the slot (3) between the two main surfaces (4, 5) of constant slot width (s) between 0.05 mm and 0.5 mm through and that a slot spacing (a) the slots (3) with each other is not greater than 10 times the slot width (s) of the slots (3).
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung, die die Merkmale des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufweist und in der eine Kante, an der zwei Hauptfläche des Bauteils aneinander stoßen und die Strömung teilen oder zwei getrennte Teilströme zu der Strömung zusammenführen, turbulent überströmt wird.The The invention relates to an arrangement of an aerodynamic Component in a flow, having the features of the preamble of independent claim 1 and in the one edge, on the two main surface of the component together bump and the flow divide or merge two separate streams to the flow, is overflowed turbulent.
Bei der turbulent überströmten Kante handelt es sich insbesondere um eine Hinter- oder Abströmkante des aerodynamischen Bauteils; es kann sich aber auch um eine turbulent überströmte Seiten- oder sogar eine turbulent überströmte Vorder- oder Zuströmkante des Bauteils handeln.at the turbulent overflowed edge in particular, it is a trailing or trailing edge of the aerodynamic component; It can also be a turbulent overflowed side or even a turbulent overflowing front or inflow edge act of the component.
An der Kante stoßen zwei Hauptflächen des Bauteils aneinander. Bei diesen Hauptflächen handelt es sich in der Regel um eine Überdruckseite und eine Unterdruckseite des Bauteils. Die vorliegende Erfindung ist aber auch dann anwendbar, wenn keine Druckunterschiede vorliegen.At to hit the edge two main surfaces of the component to each other. These main surfaces are in the Usually around a positive pressure side and a negative pressure side of the component. The present invention but is also applicable if there are no pressure differences.
Konkret geht es bei der vorliegenden Erfindung um die Minderung der Schallabstrahlung von aerodynamischen Bauteilen, bei denen Kanten turbulent überströmt werden. Unter einer Kante eines aerodynamischen Bauteils wird ein knickartiges Geometrieelement an dem umströmten aerodynamischen Bauteil verstanden, das scharfkantig, stumpf oder abgerundet sein kann und an dem zwei Hauptflächen des Bauteils derart aneinander stoßen, dass eine Strömung geteilt oder zwei getrennte Teilströme zu einer Strömung zusammengeführt werden.Concrete It is in the present invention to reduce the sound radiation of aerodynamic components in which edges are overflowed turbulently. Under one edge of an aerodynamic component becomes a kinky Geometry element on the flow around understood aerodynamic component, the sharp-edged, dull or may be rounded and at the two major surfaces of the component in such a way bump, that a flow divided or two separate streams are merged into a flow.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Der von turbulent überströmten Hinterkanten aerodynamisch erzeugte Schall stellt einen ganz wesentlichen Anteil der Schallabstrahlung von umströmten aerodynamischen Bauteilen dar. Diese Hinterkantengeräusche produzieren dominante Lärmanteile etwa bei Hochauftriebsklappen an Flugzeugtragflügeln, Lüfterblättern, Windkraftanlagen usw. Die physikalischen Zusammenhänge bei der Entstehung von Hinterkantengeräuschen sind erstmals von Ffowcs-Williams, J. E.; Hall, L. H.: ”Aerodynamic sound generation by turbulent flow in the vicinity of a scattering half plane”, J. Fluid Mech. (1970); vol. 40, part 4, S. 657–670 theoretisch beschrieben worden. Die Intensität des an der Hinterkante entstehenden Schalls ist danach einerseits abhängig von der Intensität der turbulenten Geschwindigkeitsschwankung in der unmittelbaren Nähe der Hinterkante. Andererseits bestimmt auch die Ausgestaltung der Hinterkante selbst den Grad der Umsetzung von turbulenten Geschwindigkeitsschwankungen in Schall.Of the turbulent overflow trailing edges aerodynamically generated sound represents a very significant part of the sound radiation flowed around aerodynamic components. Produce this trailing edge noise dominant noise levels such as high-lift flaps on aircraft wings, fan blades, wind turbines, etc. The physical relationships in the formation of trailing edge noises are first described by Ffowcs-Williams, J. E .; Hall, L. H .: "Aerodynamic sound generation by turbulent flow in the vicinity of a scattering helped plans", J. Fluid Mech. (1970); vol. 40, part 4, pp. 657-670 Service. The intensity of the sound emerging at the trailing edge is then on the one hand dependent from the intensity the turbulent speed fluctuation in the immediate Near the Trailing edge. On the other hand, determines the design of the trailing edge even the degree of implementation of turbulent speed fluctuations in sound.
In
der
Bedingte
Erfolge wurden auch mit gezackten Hinterkanten, wie sie aus der
Eine
Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der
Aus
der
Aus
der
Aus
der
Auf
der
Aus
der
Aus
der
Aus
der
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, bei der die Schallabstrahlung von der turbulent überströmten Kante deutlich reduziert ist, ohne dass es notwendig ist, die Kante für das Anbringen von Bürsten dicker als aerodynamisch gewünscht auszubilden und Bürsten an der Kante anzubringen bzw. nach ihrem Verschleiß zu ersetzen, wobei eine Bauteilintegration in ein adaptives System keine Nachteile gegenüber einer herkömmlichen Ausführung aufweist und aerodynamische Nachteile beim Einsatz an Auftriebsflächen minimal bleiben.Of the Invention is based on the object, an arrangement of an aerodynamic Component in a flow to show with the features of the preamble of patent claim 1 in which the sound radiation from the turbulent overflowed edge significantly reduced is, without it being necessary, the edge for attaching brushes thicker than aerodynamically desired form and brushes to be attached to the edge or replaced according to their wear, component integration into an adaptive system is not a disadvantage opposite one usual execution and minimizes aerodynamic disadvantages when used on lifting surfaces stay.
LÖSUNGSOLUTION
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der neuen Anordnung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 6 definiert.According to the invention Task by an arrangement of an aerodynamic component in one flow solved with the features of claim 1. Preferred embodiments of the new arrangement are in the dependent claims 2 to 6 defined.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Bei der neuen Anordnung eines aerodynamischen Bauteils in einer Strömung verlaufen die Schlitze im Bereich der turbulent überströmten Kante des aerodynamischen Bauteils durchgängig von der einen Hauptfläche bis an die andere Hauptfläche des Bauteils, die in der Kante aneinander stoßen. Die Schlitze können im Gegensatz zu Bürsten neben Hinterkanten auch problemlos an anderen turbulent angeströmten Kanten, d. h. Vorderkanten und seitlich umströmten Kanten (so genannten Seitenkanten) von aerodynamischen Bauteilen vorgesehen werden. Die Anwendung der Schlitze ist auch nicht nur auf flächenartig auslaufende Kanten mit geringem Zuspitzungswinkel beschränkt, sondern weitgehend beliebig. Im Gegensatz zu angebrachten Bürsten sind die Schlitze in dem neuen aerodynamischen Bauteil überdies verschleißfrei und wartungsarm. Es ist allenfalls dafür zu sorgen, dass sich die Schlitze nicht durch Verunreinigungen zusetzen.In the new arrangement of an aerodynamic component in a flow, the slots in the region of the turbulent overflowed edge of the aerodynamic component run continuously from one major surface to the other major surface of the component, which abut one another in the edge. In contrast to brushes, the slots can also be provided without problems on other turbulent edges, ie leading edges and laterally flowed-around edges (so-called side edges) of aerodynamic components. The use of the slots is also not limited to flat-like edges with low tapering angle, but largely any. In contrast to attached brushes, the slots in the new aerodynamic component are also wear-free and low-maintenance. It is at best to ensure that the slots are not clogged by impurities.
Auswirkungen auf die aerodynamischen Leistungen des aerodynamischen Bauteils aufgrund der Schlitze sind nicht zu erwarten, anders als dies aus Orthmann, J.; Wild, J.: ”Auswirkung auf die Aerodynamik durch akustische Maßnahmen an den Tragflächen”; Vortrag DAGA 2006, TU Braunschweig, im Tagungsband der DAGA 2006 für die aerodynamischen Leistungen eines mit Bürsten versehenen Vorflügels bekannt ist. Im Gegensatz zu Bürsten mit Borsten oder Nadeln von kreisrundem Querschnitt verbleiben zwischen den Schlitzen Stege mit rechteckigem Querschnitt, deren Kanten eine wohl definierte Oberflächenstromrichtung erzwingen und damit die Freiheitsgrade der unerwünschten turbulenten Strömungsschwankungen einschränken.effects on the aerodynamic performance of the aerodynamic component due to the slits are not expected, other than this Orthmann, J .; Wild, J .: "Impact on the aerodynamics by acoustic measures on the wings "; lecture DAGA 2006, TU Braunschweig, in the conference proceedings of the DAGA 2006 for the aerodynamic Performances with brushes provided slat is known. Unlike brushes with bristles or needles of circular cross-section remain between the slots webs with rectangular cross-section, the edges of a well-defined surface current direction force and thus the degrees of freedom of unwanted turbulent flow fluctuations limit.
Überdies wird eine potentiell turbulenzerhöhende, der gewünschten Lärmreduzierung entgegenwirkende rückspringende Stufung beim Übergang der Kante auf Borsten oder Nadeln einer Bürste vermieden. Dennoch werden die für Bürsten nachgewiesenen Lärmminderungen auch bei dem neuen aerodynamischen Bauteil erzielt. Bei Bürsten resultiert die Lärmminderung vermutlich aus der Reibungsdämpfung der turbulenten Strömungsfluktuation in den sehr engen Spalten, die sich als kleinster Abstand zwischen den nebeneinander liegenden Borsten ergeben. Die Schlitze in dem neuen aerodynamischen Bauteil erhöhen diese Reibungswirkung durch ihre größere Erstreckung (Schlitzhöhe) zwischen den die Kante bildenden Hauptflächen des aerodynamischen Bauteils. Ebenso wie Kanten mit Bürsten vermeiden geschlitzte Kanten nicht nur breitbandigen Schall, sondern auch tonale, hiebtonartige Anteile, wie sie z. B. an turbulent überströmten stumpfen Hinterkanten auftreten, weil die Schlitze die Kohärenz der Strömungsschwankungen in Kantenrichtung zerstören. Die Schlitze verändern die Gesamtgeometrie der jeweiligen Kante nicht. Die Form der Kante bleibt insgesamt erhalten, was insbesondere für adaptive Elemente, die Vorflügel, wesentlich sein kann.moreover becomes a potentially turbulence enhancing, the desired noise reduction counteracting receding Grading at the transition the edge on bristles or needles of a brush avoided. Nevertheless, will be the for to brush Proven noise reduction achieved with the new aerodynamic component. When brushing results the noise reduction probably from the friction damping the turbulent flow fluctuation in the very narrow columns, which is the smallest distance between give the juxtaposed bristles. The slots in the new aerodynamic component increase this friction effect their larger extension (Slot height) between the main surfaces of the aerodynamic component forming the edge. As well as edges with brushes avoid slotted edges not only broadband sound, but also tonal, hiebtonartige shares, as they are z. B. on turbulent overflowed blunt Trailing edges occur because the slots are the coherence of the flow fluctuations Destroy in the edge direction. The slots change the overall geometry of each edge is not. The shape of the edge remains overall, which in particular for adaptive elements, the slats, be essential can.
Die Schlitzweite jedes Schlitzes bei der neuen Anordnung ist an jeder Stelle konstant über der jeweilige Schlitzhöhe des Schlitzes. Es sollen hier keine Düseneffekte erzielt werden. Vielmehr kommt es auf die Reibung für die turbulenten Strömungsfluktuationen in den Schlitzen an.The Slot width of each slot in the new arrangement is at each Constant over the respective slot height of the slot. It should be achieved no nozzle effects here. Rather, it comes to the friction for the turbulent Strömungsfluktuationen in the slots.
Die Schlitze können an der jeweiligen Kante offen sein, so dass die unmittelbare Kante nur durch die zwischen den Schlitzen stehen gelassenen Stege ausgebildet wird. Die Schlitze können an der jeweiligen Kante aber auch geschlossen sein, um die Stabilität der Kante und die Steifigkeit der einzelnen Stege aus dem zwischen den Schlitzen belassenen Material zu erhöhen.The Slits can be open at the respective edge, so that the immediate edge only formed by the left between the slots webs becomes. The slots can on the edge but also be closed to the stability of the edge and the rigidity of the individual webs from between the slots to increase the material left over.
Ganz vorzugsweise sind die Schlitze bei dem neuen aerodynamischen Bauteil in der Überströmungsrichtung der turbulent überströmten Kante ausgerichtet. Sie erreichen so ihren höchsten Wirkungsgrad, weil relevante Anteile der Strömung zwanglos in die Schlitze eintreten, wodurch ihre turbulenten Strömungsfluktuationen gedämpft werden.All Preferably, the slots are in the new aerodynamic component in the overflow direction aligned to the turbulent overflowed edge. They reach their highest Efficiency, because relevant shares of the flow casually into the slots which dampens their turbulent flow fluctuations.
Neben der konstanten Schlitzweite über der jeweiligen Schlitzhöhe weisen die Schlitze auch in der Überströmungsrichtung der Kante eine konstante Schlitzweite auf. Diese Schlitzweite der Schlitze kann konkret zwischen 0,05 mm und 0,5 mm betragen. Sie sollte dabei viel kleiner sein als eine in Kantenrichtung gebildete Korrelationslänge der die Kante überströmenden Turbulenz.Next the constant slot width over the respective slot height have the slots also in the overflow direction the edge has a constant slot width. This slot width of Specifically, slots can be between 0.05 mm and 0.5 mm. she should be much smaller than a correlation length formed in the edge direction the edge overflowing turbulence.
Die Schlitze sind in der Überströmungsrichtung der Kante parallel zueinander ausgerichtet. Ein Schlitzabstand der Schlitze untereinander ist nicht größer als das 10-fache, bevorzugt nicht größer als das 5-fache der Schlitzbreite der einzelnen Schlitze. Dabei müssen weder die Schlitzweiten aller Schlitze noch ihre Abstände konstant sein. Sie können vielmehr an die örtlichen Besonderheiten insbesondere einer längeren Kante angepasst sein.The Slots are in the overflow direction the edge aligned parallel to each other. A slot spacing of Slits among each other is not larger than 10 times, preferably not bigger than that 5 times the slot width of each slot. Neither must the slot widths of all slots still be constant their distances. You can rather to the local Be adapted particular features especially a longer edge.
Von den Schlitzen definierte Schlitzebenen können, müssen aber nicht senkrecht zu den Hauptflächen des Bauteils verlaufen, die an der jeweiligen Kante zusammenstoßen. Ein Winkel zwischen den Schlitzebenen und den kantenbildenden Hauptflächen sollte jedoch mindestens 45° betragen. Eine schräge Anstellung der Schlitzebenen gegenüber den kantenbildenden Hauptflächen ist z. B. dann sinnvoll, wenn hierdurch eine bessere Anpassung an der Richtung der turbulenten Überströmung der Kante erzielt wird.From Slit planes defined by the slots may but need not be perpendicular to the main surfaces of the component, which collide at the respective edge. One The angle between the slit planes and the major edge-forming surfaces should be but at least 45 °. An oblique Employment of the slit planes against the edge-forming main surfaces is z. B. makes sense, if this makes a better adaptation to the Direction of the turbulent overflow of the Edge is achieved.
Die Schlitzlänge liegt in einem Bereich von 1 bis 10 cm. In jedem Fall sollte die Schlitzlänge der Schlitze größer sein als, vorzugsweise mehr als doppelt so groß sein wie die Korrelationslänge der Turbulenz entlang der Richtung der Schlitze in den kantenbildenden Hauptflächen des Bauteils.The slot length lies in a range of 1 to 10 cm. In any case, the should slot length the slots be bigger than, preferably more than twice the correlation length of Turbulence along the direction of the slots in the edge-forming main areas of the component.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further Merk The drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to one another and their relative arrangement and operative connection - can be seen in the drawings. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert und beschrieben, dabei zeigtThe Invention will be described below with reference to preferred embodiments explained and described in detail shows
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Die
in den
- 11
- Hinterkantetrailing edge
- 22
- Bauteilcomponent
- 33
- Schlitzslot
- 44
- Hauptflächemain area
- 55
- Hauptflächemain area
- 66
- Seitenkanteside edge
- 77
- Vorderkanteleading edge
- 1414
- UnterdruckseiteVacuum side
- 1515
- ÜberdruckseitePressure side
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-
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